石墨烯-超级电容器行业的应用
石墨烯超级电容器具有优异的储能性能，因此在能源、汽车、信息技术等多领域使用，并从目前的发展趋势来看，未来将向交通运输、新能源领域（风能、太阳能发电智能并网等）扩大。石墨烯理论比表面积2630m2/g，高于碳纳米管等其他碳材料。它结构完美，其外露的表面可以被电解液充分地浸润和利用，具有高的比容量，并适合于大电流快速充放电；它物理化学性质稳定，能在高工作电压下保持结构稳定；同时它具有优异的导电性能，可以促进离子/电子快速传递，降低内阻，提高超级电容器的循环稳定性。尽管当前石墨烯价格较高，但是随着制备技术的不断成熟，未来其价格会逐渐降低。因此，石墨烯被认为是高电压、高容量、高功率超级电容器电极材料的选择之一。
双电层电容机制是利用电极表面与电解液间的双电层储存电荷，主要代表为石墨烯、碳纳米管、活性炭等碳基材料。碳基材料比表面积大，导电性好，具有优异的倍率性能和循环性能，但由于合成过程中的积聚、堆叠，其实际比电容较低。石墨烯具有优异的导电性、高的比表面积、合适的孔隙率等性能，使其应用于双电层电容器拥有独特的优势。但是在石墨烯的制备过程中石墨烯的团聚问题成为最亟待解决的问题之一。文献综述表明，通过高温热还原、化学还原或减少粘结剂的使用等方法降低烯的团聚或提高活性物质的利用率，从而达到提高石墨 烯的比表面积、电导率及比电容值的目的。
赝电容机制是通过电极材料快速、可逆的氧化还原反应储存电能，主要代表为聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)等导电高分子以及二氧化锰、氧化钴、氢氧化镍、硫化钴等过渡金属化合物。导电高分子合成过程中易团聚，材料内部电容不能充分利用，过渡金属化合物导电性差，重复的充放电过程中活性材料易发生体积变化，导致此类材料虽然比电容较高，但其循环性能和电化学稳定性不甚理想。石墨烯可以直接用于超级电容器的电极材料，但成本较高，比电容较小且团聚严重，限制了其大规模的应用。目前各国科学家通过将石墨烯进行表面官能团修饰或与其他材料进行复合等方式，获得了具有更好电化学性能的石墨烯基电极材料。目前，石墨烯基复合材料的研究依然处于初始阶段，在设计和合成新颖的石墨烯基复合电极材料从而获得高能量密度、功率密度以及长循环寿命的高性能超级电容器方面仍然有较大的空间。相信石墨烯基复合材料的进一步研究，将会推动下一代电化学储能器件的发展，并广泛应用于其他领域。 随着石墨烯的引入，混合超级电容器在各个性能上都有比较明显的提升。通过与石墨烯复合，构筑用于非对称超级电容器复合电极材料的活性物质主要有金属氧化物主要包括氧化钌（RuO2）、二氧化锰（MnO2）、四氧化三钴（Co3O4）、 氧化镍(NiO)、氧化铜（CuO）等；导电聚合物主要有聚噻吩类、聚苯胺类和聚吡咯类等；金属氢氧化物主要有Co(OH)2和 Ni(OH)2和金属硫化物等。 要想得到电化学性能优异的非对称超级电容器，关键是开发性能优异的电极材料。理想的电极材料要求具有大的比表面积，具有能够有利于电解液离子进入的合适孔隙大小和优异的导电性。石墨烯作为一种新颖的二维碳材料，是用于非对称超级电容器复合电极的理想载体材料。一方面，不同微观结构的石墨烯基材料已被证实是用于能量储存的非常有前途的材料，比表面积更大、导电性更好的石墨烯将会促进石墨烯基复合电极在超级电容器中的应用与发展，也会提高石墨烯基非对称超级电容器的性能；另一方面，将金属氧化物、导电聚合物、金属氢 氧化物以及金属硫化物纳米化，使之兼具大的有效面积、丰富的氧化还原活性位点等特点，从而提高复合材料的比电容，这是石墨烯基复合电极的研究重点。
